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本文由超模君整合，参考来源：Nature、原理等
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恶魔，这个词一提起来，你是不是脑海里浮现出一幅恐怖的画面？
尖牙利爪，黑色斗篷，手持镰刀或三叉戟，还有那一双黑色的翅膀。
仿佛只要恶魔一现身，就必然会带来一场血腥的屠杀。
今天超模君要说的这个“恶魔”可不一样，这个“恶魔”并非是凶恶的生物，而是来自物理界预言中的“恶魔”。
想象一下，这个“恶魔”并没有真正的生命体，而是固体金属中的电子表现出的一种奇妙行为。
1956年，物理学家David Pines就预言，固体金属中的电子可能呈现出一些奇异的行为。
他提出了一个观点：通常情况下，具有质量和电荷的电子可以结合形成一种没有质量、电中性，并且不与光发生相互作用的复合粒子，这些被他称之为“恶魔”。
自那时起，物理学家们一直推测这种恶魔在各种金属行为中起着重要作用。
然而，令人遗憾的是，这些特殊特性使得捕捉这些粒子非常困难。
直到最近，一组实验物理学家终于通过使用一种非标准的实验技术，找到了这些奇特的恶魔！
他们成功地激发了一种材料中的电子模式，并在钌酸锶（Sr₂RuO₄）这种金属中观察到这些复合粒子的存在迹象。
他们的研究成果已经发表在前几天的《Nature》杂志上。
图源：《Nature》截图
在凝聚态物理学领域的一项重要发现是，固体中的电子会失去个体特性，电相互作用会导致电子结合成集体单元。当能量足够高时，这些电子甚至可以形成一种被称为等离体子的复合粒子，新粒子将具有不同的电荷和质量，这取决于电相互作用的性质。在一般情况下，室温下的能量无法让等离体子形成，因为所需质量太大。他认为，如果固体具有多个能带，各能带中的电子的等离体子可以以异相的方式结合，形成一个新的、没有质量的、电中性的“恶魔”等离体子。由于“恶魔”没有质量，因此它们可以以任何能量形成，并且可能存在于任何温度下。这使得物理学家推测，“恶魔”对于多能带金属的行为可能具有重要影响。在1951年，David Pines和David Bohm在非弹性电子散射实验中首次观察到并提出了等离激元的概念，该概念用于描述由库伦相互作用引起的电荷密度集体振荡的元激发。无规相近似是Bohm和Pines在1953年讨论固体金属中电子等离子体振荡问题时提出的一种近似方法，用于计算金属中的动态电荷响应函数和集体模式。正是在这个理论框架下，Pines考虑了多能带金属的情况，并预测了恶魔粒子的存在。之所以将其称为恶魔粒子，是因为在长波极限下，这种激发是电中性的，不会对远距离的库伦相互作用产生影响，而且很难通过光谱实验来探测，就像是一个“隐形的恶魔”。Pines希望这种新模式的提出能推动对多能带金属的研究。恶魔粒子的电中性意味着它们在标准的凝聚态物理学实验中不会留下明显的痕迹。因为大多数凝聚态实验都使用光来进行，测量的是光学特性，而电中性的“恶魔”粒子不与光发生相互作用。因此，要探测“恶魔”粒子就需要进行完全不同的实验方法。长期以来，有一种叫做钌酸锶的物质引起了众多科学家的关注。这种材料具有许多奇特的性质，与高温超导体相似，但又不完全相同。为了解释这种现象，来自美国伊利诺伊大学、哈佛大学等多个研究机构的科学家们对钌酸锶进行了深入研究。他们成功合成了高质量的钌酸锶金属样品，并利用一种叫做动量分辨电子能量损失能谱法的非常规技术对其进行了检测。这项技术利用射入金属的电子的能量，直接观测金属的特性，例如形成的等离子体。在分析数据时，科学家们发现了一些异常之处：一个质量为零的电子模型。量子技术公司Quantinuum的物理学家Ali Husain表示：“一开始，我们不知道那是什么。恶魔并不属于主流。这种可能性很早就出现了，我们基本上一笑置之。”“但是，当我们开始排除这种可能性时，我们开始怀疑我们真的找到了恶魔。”
此外，通过微观计算，他们还勾勒出了钌酸锶的电子结构特征。他们发现了一个由两个电子能带组成的粒子，这两个能带以几乎相同的振幅异相振荡，正如Pines所描述的那样。这项研究对于理解钌酸锶这种材料的性质以及未来可能的应用具有重要意义。尽管这个突破是偶然发现的，但它为科学家们提供了进一步探索的方向，也为量子领域的发展带来了新的可能性。我们可以期待，在这个领域中将会有更多令人兴奋的发现和突破。研究人员指出，尽管“恶魔”的发现是偶然的，但实验结果是相当可靠的。值得注意的是，在这项研究中，他们采用了一种并不常见的技术来观测一种尚未充分研究的物质，这一点强调了开展实验测量的重要性。他们认为，这个意外的重要发现之所以能够发生，归功于对不同事物的勇于探索。正如我们经常看到的，许多重大的突破都是出乎意料的，而新的尝试往往会带来新的惊喜。此外，研究人员还指出，恶魔粒子可能存在于其他多能带金属中，例如铁基超导体和过渡金属氧化物。未来，我们可以采用更先进的技术来进一步探索恶魔和其他相关粒子，从而在物理学领域开辟新的视野。这个发现有潜力推动科学界对这些神秘粒子的探索，为我们对物质世界的认识带来新的突破。未来的研究和实验将为我们揭示更多有关恶魔粒子的信息，为人类科学进步做出贡献。论文：《Pines’ demon observed as a 3D acoustic plasmon in Sr2RuO4》https://www.nature.com/articles/s41586-023-06318-8
微信又双叒叕改版了，还没把我们公号标星的读者，可能会越来越收不到我们的推送了
看似每个立方体毫无联系，实则环环相扣，牵一发而动全身。
